本篇內(nèi)容將探討如何將 GPU 技術(shù)應(yīng)用于詳細(xì)設(shè)計階段，協(xié)同方式下 BIM 正向設(shè)計工作流、實時可視化、虛擬現(xiàn)實等。

隨著設(shè)計初具規(guī)模，BIM 流程開始發(fā)揮作用。建筑師和工程師在 3D 環(huán)境中協(xié)同工作，通過沖突檢測調(diào)整設(shè)計，實時可視化，并使用先進(jìn)的 GPU 加速模擬環(huán)境仿真來幫助及優(yōu)化，以設(shè)計為中心的可持續(xù)建筑設(shè)計。

簡介

建筑、工程、施工和運(yùn)營（AECO）行業(yè)在協(xié)作方面不斷面臨巨大挑戰(zhàn)，尤其是在設(shè)計開發(fā)階段。遠(yuǎn)程工作的團(tuán)隊在使用多個應(yīng)用時必須經(jīng)常克服障礙。當(dāng)他們與聲學(xué)、照明、可視化、制造、MEP 等不同領(lǐng)域的專家合作時，他們面臨的障礙變得更具挑戰(zhàn)性。

需要有效合作的不僅僅是地區(qū)辦事處和全球辦事處。隨著工作的靈活性，公司還需要優(yōu)化工作流，以連接居家辦公的建筑師、工程師和設(shè)計師。

在設(shè)計開發(fā)階段，大多數(shù)工作流以建筑物信息建模（BIM）為中心，使用 Autodesk Revit、Graphisoft Archicad、Allplan 和 Bentley MicroStation 等軟件。模型在幾何圖形和底層對象數(shù)據(jù)方面的復(fù)雜性持續(xù)增長，這對 BIM 流程非常重要。隨著 AECO 行業(yè)在可持續(xù)發(fā)展和模塊化及預(yù)制施工方面面臨新挑戰(zhàn)，這一上升趨勢將一直延續(xù)到未來。

應(yīng)對這種協(xié)作式數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)的可靠解決方案是集中存儲所有項目數(shù)據(jù)以及功能強(qiáng)大的 GPU 加速虛擬工作站，并遠(yuǎn)程訪問所有內(nèi)容。

借助NVIDIA RTX 虛擬工作站（RTX vWS）軟件，AECO 公司的虛擬機(jī)具有靈活性，而物理工作站具有強(qiáng)大功能和性能，可處理大型 3D 數(shù)據(jù)集。通過這種組合，公司能夠在團(tuán)隊和工作流發(fā)生變化時動態(tài)分配計算資源。

NVIDIA RTX vWS 還通過NVIDIA CloudXR技術(shù)將數(shù)據(jù)串流到獨立頭顯設(shè)備，從而在多臺顯示器上以更高分辨率實現(xiàn)高級可視化，以及虛擬現(xiàn)實（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）。

當(dāng)然，部分用戶仍需輕松利用強(qiáng)大功能。如今，輕薄型移動工作站由 NVIDIA RTX 專業(yè) GPU 加速，可讓建筑師和工程師在任何位置開展工作，提供媲美大多數(shù)桌面工作站的出色圖形性能級別。

桌面工作站、移動工作站和虛擬工作站還可增強(qiáng)高級可視化工作流，包括能夠準(zhǔn)確模擬光線行為的實時光線追蹤。因此，建筑師可以在建筑建成之前就構(gòu)建逼真的效果場景。通過在整個設(shè)計流程中使用可視化和仿真，建筑師和客戶能夠在重大修改帶來的過高成本投入之前做出更明智的決策，從而為所有人提供更高質(zhì)量的構(gòu)建環(huán)境。

簡化協(xié)作式 BIM 工作流

AECO 公司面臨的主要挑戰(zhàn)之一是如何使項目團(tuán)隊有效合作，特別是跨地域合作。大型企業(yè)通常擁有全球團(tuán)隊，但即使是中小型公司也需要在不同地點之間開展協(xié)作。這可能涉及與衛(wèi)星辦公室、專家顧問或施工現(xiàn)場的承包商合作。

新冠肺炎（COVID-19）疫情對 AECO 公司的運(yùn)作方式產(chǎn)生了重大影響。它加速了靈活工作的趨勢。現(xiàn)在，許多 AECO 公司擁有內(nèi)置的數(shù)字恢復(fù)能力，無論是現(xiàn)在還是將來出現(xiàn)中斷，整個團(tuán)隊都能夠在家工作。分布式協(xié)作的復(fù)雜性很大程度上與數(shù)據(jù)有關(guān)。BIM 創(chuàng)作工具（例如 Autodesk Revit）生成的模型通常非常龐大，有時高達(dá)千兆字節(jié)。現(xiàn)實捕獲數(shù)據(jù)集（包括捕獲整個站點或建筑物的激光點云）可能更大。

不斷地在不同地點之間移動大量的數(shù)據(jù)集，以使用桌面工作站或移動工作站進(jìn)行本地處理，這是不現(xiàn)實的。從服務(wù)器下載文件可能需要很長時間（上傳文件甚至需要更長的時間），這意味著建筑師可能需要更多時間等待而不是工作。此外，文件交換工作流容易出錯，包括同步問題或多個貢獻(xiàn)者處理過期的修訂。

分布式團(tuán)隊?wèi)?yīng)對數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)的一種強(qiáng)大而有效的方法是，通過虛擬桌面架構(gòu)（VDI）解決方案。在這里，所有項目數(shù)據(jù)都存儲在云或本地的安全、受控的數(shù)據(jù)中心環(huán)境中，以及遠(yuǎn)程訪問的強(qiáng)大虛擬工作站。只有像素串流到終端設(shè)備，因此團(tuán)隊可以完全控制誰有權(quán)訪問什么，以及何時訪問。數(shù)據(jù)和知識產(chǎn)權(quán)（IP）保持安全。

其他優(yōu)勢包括恢復(fù)能力、業(yè)務(wù)連續(xù)性和災(zāi)難恢復(fù)。虛擬桌面架構(gòu)應(yīng)用廣泛，但為了在使用交互式 3D CAD、BIM、可視化和其他要求苛刻的 AECO 應(yīng)用時提供良好的用戶體驗，需要使用多個重要組件。其中包括NVIDIA 數(shù)據(jù)中心 GPU和 NVIDIA RTX 虛擬工作站軟件（RTX vWS）。

NVIDIA RTX vWS 與大多數(shù)其他虛擬桌面架構(gòu)技術(shù)不同，區(qū)別在于它專為處理圖形密集型 3D 工作流而設(shè)計。由于所有圖形處理都在具有 NVIDIA GPU 的強(qiáng)大虛擬工作站的數(shù)據(jù)中心內(nèi)完成，因此終端設(shè)備的功耗可能相對較低。標(biāo)準(zhǔn)辦公筆記本電腦、家用 PC 甚至手持平板電腦已經(jīng)足夠了。這為員工提供了靈活性，使建筑師、工程師和施工專業(yè)人員能夠隨時隨地通過互聯(lián)網(wǎng)連接開展工作，并在本地或異地進(jìn)行實時協(xié)作。

這種靈活性使員工能夠更輕松地居家辦公，從而提高工作效率和生活質(zhì)量。無需在辦公室呆到很晚或周末來完成工作。

NVIDIA RTX vWS 為遍布各地的團(tuán)隊帶來巨大優(yōu)勢。它還為在一個辦公室內(nèi)本地工作的員工帶來了重要的好處。即使跨局域網(wǎng)（LAN）傳輸大型數(shù)據(jù)集也可能很慢。而借助 NVIDIA RTX vWS，可以立即開始工作。還有許多其他工作效率方面的優(yōu)勢。例如，在位于印第安納波利斯的建筑公司 Browning Day Mullins Dierdorf （BDMD），虛擬工作站的使用意味著設(shè)計師和建筑師可以在辦公室中四處移動以開展協(xié)作，并在需要的地方（甚至在會議中）在完整的 3D 建模環(huán)境中開展工作。

該公司的 NVIDIA RTX vWS 解決方案也改變了員工的工作方式。例如，在過去，園林建筑師必須在會議期間做筆記，更新模型，并在漫長的來回過程中迭代。現(xiàn)在，他們可以直接與工程師一起工作，把筆記本電腦拿到工程師的辦公桌上，一起進(jìn)行更改。

NVIDIA RTX vWS 不限于以 BIM 為中心的工作流。利用高度可擴(kuò)展的 GPU 資源，它還擴(kuò)展到設(shè)計可視化。借助NVIDIA Omniverse Enterprise（一個用于實時協(xié)作和逼真仿真的開放平臺），團(tuán)隊可以使用其選擇的建筑建模工具開展工作，同時在以逼真質(zhì)量渲染的共享場景上開展協(xié)作。

可視化：實時決策

建筑師和建筑可視化專家現(xiàn)在可以使用大量可視化工具。隨著 GPU 技術(shù)的巨大進(jìn)步，人們越來越重視實時可視化。軟件包括 Enscape、Lumion、Twinmotion、虛幻引擎、Chaos Vantage 和 Chaos V-Ray（通過 V-Ray Vision）。

GPU 加速渲染以遠(yuǎn)超以往的速度提供逼真的渲染效果，從而改變設(shè)計流程。當(dāng)以較低保真度的視覺風(fēng)格進(jìn)行渲染時，它會顯示設(shè)計模型中可能不明顯的細(xì)節(jié)。它可用于快速評估建筑物的各個方面，如立面或夾層地板，同時根據(jù)準(zhǔn)確的照明工程學(xué)會（IES）數(shù)據(jù)研究與材質(zhì)、表面處理、涂料和人工照明相關(guān)的重要細(xì)節(jié)。此外，它還可以讓建筑師清楚地了解一天和一年中不同時間的采光和陰影。最后，它讓建筑師能夠更好地了解建筑在現(xiàn)實世界中的外觀和功能，并與包括客戶在內(nèi)的廣泛利益相關(guān)者進(jìn)行更有效的溝通。

實時提供結(jié)果可顯著加速建筑工作流。使用實時可視化工具與主流的 BIM 創(chuàng)作工具（如 Graphisoft Archicad、Autodesk Revit 和Bentley Systems OpenBuildings Designer）的實時鏈接，意味著將逼真的可視化直接引入到設(shè)計流程中。

借助 McNeel Rhino 或 Trimble SketchUp 迭代構(gòu)思，建筑師可以即時查看每個設(shè)計決策的影響。借助 GPU 助力的實時渲染工具（例如 Chaos Vantage 和雙顯示器），設(shè)計師可以在一個屏幕上編輯和調(diào)整設(shè)計模型，同時在另一個屏幕上實時查看結(jié)果。保持設(shè)計師的創(chuàng)意流程有助于他們加快設(shè)計迭代。同時，可以將模型與周圍的建筑、人員、車輛、植被和其他隨行人員一起生動呈現(xiàn)，從而提供真實世界的環(huán)境。在現(xiàn)實世界環(huán)境中，建筑師可以可視化其真實愿景，并改善與利益相關(guān)者的溝通。

借助 NVIDIA Omniverse Enterprise，可視化和仿真工作流在真正協(xié)作且物理屬性準(zhǔn)確的環(huán)境中達(dá)到新的水平。數(shù)據(jù)基于 Pixar 的 USD 開源格式構(gòu)建，可從多個軟件（包括 Revit、3ds Max、Rhino 和 SketchUp）串流到作為一個事實來源的共享 Omniverse 場景中。

高性能NVIDIA RTX GPU在提供出色的實時體驗方面發(fā)揮著重要作用。建筑師在高分辨率下流暢地在視覺效果豐富的大型模型中漫游。隨著場景復(fù)雜性的增加和高質(zhì)量紋理的渲染，大量的 GPU 顯存有助于確保充分交互。

NVIDIA RTX 不僅能提供出色的 3D 性能。新一代NVIDIA RTX Ampere 專業(yè) GPU集實時光線追蹤、人工智能（AI）、仿真和光柵化于一身，可顯著加速渲染工作流。

借助NVIDIA 深度學(xué)習(xí)超級采樣（DLSS），可以較低分辨率渲染 Enscape 等應(yīng)用中的交互式場景，而 RTX GPU 中的專用 Tensor Core 可使用 AI 和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）技術(shù)“升級”圖像。這可顯著提高實時性能，尤其是在更高的分辨率下，并且在渲染視頻時可以節(jié)省大量時間。

NVIDIA RTX GPU 還借助實時光線追蹤將渲染質(zhì)量提升至更高水平。專用 RT Core 以更高效率執(zhí)行硬件光線追蹤操作。通過模擬光線及其照射到物體表面時的反應(yīng)，建筑師不再需要在視覺質(zhì)量上做出妥協(xié)。借助 NVIDIA RTX，用戶只需單擊按鈕即可體驗物理屬性準(zhǔn)確的反射和漫反射、間接照明，從而在 Enscape 等軟件中實現(xiàn)更逼真的可視化效果，并更好地了解設(shè)計決策的影響。

通過利用 RT Core 和 NVIDIA 基于 AI 的降噪算法，NVIDIA RTX GPU 還可在先進(jìn)的逼真渲染器 Chaos V-Ray 或 Omniverse RTX 渲染器中快速地加速光線追蹤。插件可用于一系列軟件，包括 Autodesk 3ds Max、Autodesk Revit、Graphisoft Archicad 和 McNeel & Associates Rhino。

Chaos Vantage 使用 NVIDIA RTX 技術(shù)，允許用戶在 100% 的光線追蹤環(huán)境中實時探索和操作 V-Ray 場景，使用基于物理性質(zhì)的光線、材質(zhì)和全局照明來獲得最逼真的結(jié)果。

Omniverse RTX 渲染器是基于 NVIDIA RTX 技術(shù)專門構(gòu)建的，使團(tuán)隊能夠跨多 GPU 部署擴(kuò)展物理屬性準(zhǔn)確的實時可視化。它還使團(tuán)隊能夠在實時光線追蹤、交互式路徑追蹤和準(zhǔn)確的 NVIDIA Iray 渲染模式之間進(jìn)行切換，以獲得出色的靈活性。

擴(kuò)展現(xiàn)實：AR、MR、VR

在概念階段，虛擬現(xiàn)實（VR）主要用于通過相對簡單的幾何圖形快速探索設(shè)計理念。它主要讓建筑師欣賞比例和規(guī)模。隨著項目進(jìn)入設(shè)計開發(fā)階段，更多細(xì)節(jié)也已得到填補(bǔ)，VR 的作用也顯著增加。

它在設(shè)計驗證中起著非常重要的作用，使建筑師能夠更真實、沉浸式體驗詳細(xì)的室內(nèi)外環(huán)境。可以評估從夾層樓上觀看的景色，評估中庭的視覺影響，也可以真實體驗光線在一天中的不同時間照進(jìn)建筑物的情況。

借助 Enscape 和 Twinmotion 等建筑可視化軟件，建筑師只需按下按鈕，即可在桌面 BIM 創(chuàng)作工具和 VR 之間快速移動。這可能是一個迭代過程。有些 VR 頭盔（如 VIVE Cosmos Elite）甚至還帶有翻蓋式面罩，使過渡更加順暢。

VR 可以對工作站的 GPU 提出巨大需求，而功能強(qiáng)大的 NVIDIA RTX GPU 可提供出色體驗。模型大小、模型復(fù)雜性、材質(zhì)和照明都對性能產(chǎn)生影響，VR 頭盔中顯示器的分辨率也會受到影響。更高的分辨率意味著需要渲染的像素更多。

超高端 NVIDIA RTX GPU 擁有強(qiáng)大的處理和內(nèi)存容量，能夠處理要求嚴(yán)苛的數(shù)據(jù)集，并允許將渲染質(zhì)量設(shè)置設(shè)為高，因此用戶可獲得視覺上豐富而順暢的 VR 體驗。

性能不僅僅取決于原始處理。此外，還可以通過軟件進(jìn)行增強(qiáng)。例如，NVIDIA DLSS 允許以較低分辨率處理交互式 VR 場景，然后與 NVIDIA RTX GPU 中的專用 Tensor Core 配合使用，以“升級”圖像。

例如，在 Enscape 中，DLSS 技術(shù)可顯著提高幀率。使用 VR 頭盔時，用戶的性能提升超過 60%。

VR 并不一定是一種個人體驗；使用它進(jìn)行團(tuán)隊評審會帶來巨大的好處。它可改善設(shè)計意圖的溝通，并有助于在設(shè)計流程中更早地解決問題。包括 The Wild、Resolve、Trezi、VREX 等在內(nèi)的工具專為協(xié)作式 VR 而打造，可連接全球各地的團(tuán)隊。

Oculus Quest 2 和 HTC VIVE Focus 3 等獨立頭顯設(shè)備越來越受建筑師的歡迎，因為它們易于設(shè)置，無需與功能強(qiáng)大的工作站進(jìn)行物理連接。但是，如果在頭顯設(shè)備的本地集成處理器上完成圖形處理，性能可能會受到限制。

NVIDIA CloudXR 有助于確保 VR 體驗不會受到損害。所有 GPU 渲染均在服務(wù)器上遠(yuǎn)程完成，而不是簡化幾何圖形和紋理，以便集成處理器能夠應(yīng)對。然后，CloudXR 會將數(shù)據(jù)串流到頭顯設(shè)備，因此用戶可以獲得高質(zhì)量的體驗，就像直接連接到本地工作站一樣。

CloudXR 還可擴(kuò)展到增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）。隨著設(shè)計辦公室和施工現(xiàn)場連接的日益緊密，數(shù)據(jù)可以實時串流到設(shè)備（例如 Nreal 眼鏡或手持設(shè)備），這樣工作人員就可以在現(xiàn)場的真實環(huán)境中可視化新的設(shè)計修訂。

現(xiàn)實數(shù)據(jù)也可以兩全其美。借助 Varjo Reality Cloud，施工現(xiàn)場工作人員可以使用 Varjo XR-3 MR 頭顯設(shè)備實時 3D 掃描周圍環(huán)境，然后將其他人即時傳輸?shù)酵瑯颖硎粳F(xiàn)實的地方，以獲得協(xié)作式沉浸體驗。

助力利益相關(guān)者

許多 AECO 專業(yè)人員的工作流以 BIM 編輯建模工具為中心。合作伙伴/負(fù)責(zé)人、所有者和項目經(jīng)理只需查看和訪問 3D 模型和數(shù)據(jù)即可。這可用于設(shè)計評審、問題解決、沖突檢測、項目跟蹤、模型驗證、4D 調(diào)度等。

要有效處理復(fù)雜的多學(xué)科 BIM 模型，需要配備 GPU 加速和大容量內(nèi)存的工作站。規(guī)格通常遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)的商務(wù)筆記本電腦或 PC，并且在使用對視覺質(zhì)量十分重視的軟件時甚至更高。例如，在 Fuzor 和 Unity Reflect 中，GPU 加速允許使用更逼真的材質(zhì)和照明實時渲染模型，從而增強(qiáng)通信并保持對重要 BIM 數(shù)據(jù)的即時訪問。同時，4D 施工規(guī)劃工具 Bentley Systems SYNCHRO 4D 利用 NVIDIA 基于物理效果的渲染技術(shù) Iray 渲染靜態(tài)和動畫。

無論擴(kuò)展團(tuán)隊對圖形的要求如何，NVIDIA RTX vWS 軟件都有助于確保所有項目參與者都能通過設(shè)備按需訪問強(qiáng)大的 GPU 加速虛擬工作站。例如，平板電腦在施工現(xiàn)場越來越受歡迎，但缺乏 GPU 加速工作站的處理能力和容量。借助基于 NVIDIA RTX 技術(shù)構(gòu)建的NVIDIA CloudXR，建筑專業(yè)人員可以使用平板電腦直接通過 5G 和 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)訪問功能強(qiáng)大的虛擬工作站。

設(shè)計優(yōu)化

仿真曾經(jīng)是專家的專利，但現(xiàn)在越來越多的建筑師和工程師也可以使用。它可以在整個設(shè)計流程中使用，用于測試和評估建筑物在現(xiàn)實世界條件下的表現(xiàn)。優(yōu)化的性能和降低的成本是既定優(yōu)勢，但重要的是，它有助于減少建筑物對環(huán)境的影響。隨著該行業(yè)力爭到 2050 年實現(xiàn)凈零構(gòu)建環(huán)境，這一點將變得越來越重要。

仿真變得更加適合用戶，隨著 NVIDIA 專業(yè) GPU 加速了基于物理的現(xiàn)代求解器，結(jié)果的交付速度大大加快。

SimScale 等應(yīng)用鼓勵建筑師和工程師迭代更多內(nèi)容，并更快地做出設(shè)計決策，而不是簡單地使用仿真來驗證設(shè)計。

仿真在 AECO 中的應(yīng)用非常廣泛。例如，計算流體動力學(xué)（CFD）可用于更好地了解建筑物內(nèi)部和周圍氣流的影響。

從外部來看，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和立面可以進(jìn)行優(yōu)化，以減少風(fēng)荷載，盡量降低不必要的空氣動力影響，增加行人舒適度。在建筑物內(nèi)部，CFD 仿真有助于減少太陽能熱量增加，并支持 AECO 團(tuán)隊開發(fā)有效的通風(fēng)策略來改善空氣質(zhì)量。

通過與供暖、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）專家密切合作，項目團(tuán)隊可以提供受控環(huán)境，以更大限度地提高乘客的健康和舒適度，降低能源成本并更大限度地減少碳排放量。

與現(xiàn)實保持一致

雖然大部分詳細(xì)設(shè)計階段都圍繞 CAD 或 BIM 數(shù)據(jù)展開，但 AECO 部門對現(xiàn)實建模的使用在大幅增加。激光點云和真實網(wǎng)格模型為改造項目、施工驗證或為數(shù)字孿生奠定基礎(chǔ)提供了重要環(huán)境。

現(xiàn)實建模不僅僅適用于工程工作流。它越來越多地用于實時可視化，為 AECO 項目提供重要的視覺環(huán)境，并改善溝通和理解。

數(shù)據(jù)捕獲速度至關(guān)重要。手持 SLAM（同步定位和地圖繪制）設(shè)備或安裝在帶輪子的三腳架上的激光掃描儀可快速加速這一流程。此外，還可以使用安裝在機(jī)器人上的攝像頭或激光掃描儀的無人機(jī)自動捕獲數(shù)據(jù)。

然后，需要快速處理龐大的數(shù)據(jù)集。例如，借助攝影測量軟件 Bentley Systems ContextCapture，無人機(jī)拍攝的數(shù)千張照片或視頻由 NVIDIA RTX GPU 快速處理，以創(chuàng)建維度準(zhǔn)確的真實網(wǎng)格模型。

NVIDIA RTX GPU 還支持實時可視化激光點云和真實網(wǎng)格模型。借助激光點云軟件 FARO SCENE、協(xié)作式 Omniverse Enterprise 工作流中的實時 3D 創(chuàng)建工具“虛幻引擎”等應(yīng)用，功能強(qiáng)大的 GPU 甚至可在 VR 中提供流暢的體驗。

為各種規(guī)模的公司改進(jìn)設(shè)計工作流

建筑的設(shè)計發(fā)展階段在短時間內(nèi)取得了長足發(fā)展。3D 模型現(xiàn)在是項目的關(guān)鍵部分，充當(dāng)高級數(shù)字工作流的中心。從 BIM、可視化和 VR，到仿真、現(xiàn)實建模和設(shè)計/評審，NVIDIA RTX 桌面和移動 GPU 在快速加速設(shè)計流程方面發(fā)揮著重要作用。過去需要數(shù)小時或數(shù)天的工作，現(xiàn)在只需幾秒鐘就能完成，因為建筑師根據(jù)對美學(xué)、性能、成本和環(huán)境影響的寶貴見解，做出了明智決策。

但設(shè)計開發(fā)是一個高度協(xié)作的過程。借助 NVIDIA Omniverse Enterprise，分布在各地的團(tuán)隊能夠在物理屬性準(zhǔn)確的視覺環(huán)境中實時協(xié)作。

此外，借助 NVIDIA RTX 虛擬工作站，軟件團(tuán)隊現(xiàn)在可以使用許多不同的應(yīng)用在許多不同地點進(jìn)行連接。

該技術(shù)可在需要時按需提供更高水平的圖形處理，而團(tuán)隊則確信，即使設(shè)計進(jìn)展速度驚人，每個人都在同一頁面上。

審核編輯：湯梓紅